具有被彈性地支承的可樞轉(zhuǎn)單元的數(shù)字顯微鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)字顯微鏡，其包括固定的臺架基座以及樞轉(zhuǎn)單元，該樞轉(zhuǎn)單元可圍繞臺架基座的軸的縱軸線樞轉(zhuǎn)地支承在該軸上。該樞轉(zhuǎn)單元還具有成像單元(Bilderfassung)，用于對待顯微檢測的對象獲取圖像。此外，該顯微鏡具有用于制動和/或固定樞轉(zhuǎn)單元的制動單元和用于脫開制動單元的操作部件。
【背景技術(shù)】
[0002]高品質(zhì)的數(shù)字顯微鏡包括固定的臺架基座，顯微鏡通過該臺架基座支承其設(shè)置面，并且包括相對于臺架基座可圍繞轉(zhuǎn)動軸線樞轉(zhuǎn)的單元，在該單元中尤其布置有數(shù)字顯微鏡的成像單元和物鏡系統(tǒng)。通過樞轉(zhuǎn)尤其要實現(xiàn)的是，能夠從不同的視角觀察對象，這對于深度信息的評價而言會是有利的。
[0003]如果樞轉(zhuǎn)單元經(jīng)過布置，使得樞轉(zhuǎn)單元恰好布置在對象臺(樣本臺)上方，進(jìn)而使得重力垂線穿過樞轉(zhuǎn)單元的轉(zhuǎn)動軸線延伸，即穿過軸的縱軸線延伸，就不會有扭矩作用到樞轉(zhuǎn)單元上，樞轉(zhuǎn)單元也將在無制動單元的情況下保持在其位置。相反，如果樞轉(zhuǎn)單元從該位置樞轉(zhuǎn)(擺動)離開，樞轉(zhuǎn)單元的重力就會引起圍繞樞轉(zhuǎn)單元轉(zhuǎn)動軸線朝向的扭矩，樞轉(zhuǎn)單元從垂直的位置樞轉(zhuǎn)離開得越遠(yuǎn)，該扭矩就越大，因為重力的產(chǎn)生扭矩的切向分量越大。
[0004]就已知的數(shù)字顯微鏡而言，該扭矩由制動單元來承受。其缺點是，在為了改變樞轉(zhuǎn)單元的位置而脫開制動單元時，該扭矩必須由操作人員來施加。操作人員并未注意到樞轉(zhuǎn)單元會出現(xiàn)不受控的移動，這會導(dǎo)致顯微鏡受損，或者導(dǎo)致傷及物品或人員。這還有如下缺點:制動單元必須設(shè)計成相應(yīng)的尺寸，使得它即使在樞轉(zhuǎn)單元最大程度地樞轉(zhuǎn)時也能將該樞轉(zhuǎn)單元可靠地保持在其位置上。為此需要足夠大的制動單元，因而要占用很大安裝空間地設(shè)計其尺寸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的任務(wù)是提出一種數(shù)字顯微鏡，其樞轉(zhuǎn)單元能對操作者友好地以最小的力耗費移動。
[0006]該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1所述的特征的數(shù)字顯微鏡來解決。本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中予以說明。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，顯微鏡包括彈性元件，其在樞轉(zhuǎn)單元樞轉(zhuǎn)離開預(yù)定的零位置時對樞轉(zhuǎn)單元施加復(fù)位力矩，其中，該復(fù)位力矩反向于由樞轉(zhuǎn)單元的重力引起的扭矩即所謂的切向力矩。
[0008]由此實現(xiàn)在固定狀態(tài)下，即在制動單元布置于制動位置情況下，制動單元不必承受樞轉(zhuǎn)單元的整個扭矩，而是至少一部分扭矩也由彈性元件來承受。此外，當(dāng)制動系統(tǒng)脫開時，為了使得樞轉(zhuǎn)單元樞轉(zhuǎn)，相比于未設(shè)置彈性元件，操作人員只需施加較小的力，從而可以實現(xiàn)簡便的操作。特別地由此避免樞轉(zhuǎn)單元并非所愿地、不受控地移動，以致于造成傷及物品或人員。因為制動系統(tǒng)由此只需施加較小的制動力，因而可以將其尺寸設(shè)計得比較小，從而實現(xiàn)緊湊的、成本低廉的結(jié)構(gòu)。
[0009]按照一種優(yōu)選的實施方式，至少在樞轉(zhuǎn)單元的樞轉(zhuǎn)區(qū)域的部分區(qū)域內(nèi)，復(fù)位力矩相當(dāng)于切向力矩的0.8倍到1.2倍。
[0010]彈性元件經(jīng)過特殊選擇，使得復(fù)位力矩在整個樞轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)都相當(dāng)于切向力矩的
0.8倍到1.2倍。
[0011]由此實現(xiàn)使得所產(chǎn)生的合力矩至少在部分區(qū)域內(nèi)最大為切向力矩的+/_20%，要由操作人員或制動單元施加的力因而較小，且避免在脫開制動單元時樞轉(zhuǎn)單元在兩個方向上甩開。
[0012]零位置尤其是如下位置:在該位置中顯微鏡的光學(xué)軸線或顯微鏡的光路垂直于顯微鏡載物臺的表面布置，在該顯微鏡載物臺上可以布置待顯微檢測的對象。在零位置中，也校準(zhǔn)顯微鏡相對于顯微鏡載物臺的表面的放縮。
[0013]在一種優(yōu)選的實施形式中，彈性元件附裝(befestigt)在臺架基座上，使得臺架基座不必與樞轉(zhuǎn)單元一起樞轉(zhuǎn)。由此實現(xiàn)了特別簡單的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一種可替選的實施形式中，彈性元件也可以是樞轉(zhuǎn)單元的一部分，并且因此與樞轉(zhuǎn)單元一起樞轉(zhuǎn)。
[0014]在一種特別優(yōu)選的實施形式中，彈性元件以扭轉(zhuǎn)彈簧形式設(shè)計。由此實現(xiàn)了特別簡單、低廉且穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
[0015]扭轉(zhuǎn)彈簧尤其布置為使得扭轉(zhuǎn)彈簧的縱軸線與軸的縱軸線重合。扭轉(zhuǎn)彈簧的縱軸線尤其理解為圓柱體的縱軸線，其通過扭轉(zhuǎn)彈簧的線圈形成。由此實現(xiàn)的是，扭轉(zhuǎn)彈簧始終張緊了樞轉(zhuǎn)單元所樞轉(zhuǎn)的角度。尤其是因此實現(xiàn)的是，在樞轉(zhuǎn)單元從零位置沿兩個方向樞轉(zhuǎn)時，扭轉(zhuǎn)彈簧分別相應(yīng)相同地張緊并且因此施加相同的復(fù)位力并且由此施加相同的反作用矩。反作用力矩尤其是如下力矩:該力矩通過扭轉(zhuǎn)彈簧的復(fù)位力圍繞樞轉(zhuǎn)單元的轉(zhuǎn)動軸線即軸的縱軸線產(chǎn)生。
[0016]縱軸線在本申請的范疇內(nèi)尤其理解為相應(yīng)的數(shù)學(xué)術(shù)語“軸線”即無限長的直線。縱軸線因此尤其也不限于部件的長度。
[0017]在一種特別優(yōu)選的實施形式中，臺架基座包括運(yùn)動導(dǎo)路(Kulisse)并且樞轉(zhuǎn)單元包括棒，該棒與樞轉(zhuǎn)單元牢固地連接并且伸入運(yùn)動導(dǎo)路中。由此一方面實現(xiàn)在樞轉(zhuǎn)時將樞轉(zhuǎn)單元相對于臺架基座引導(dǎo)，而另一方面實現(xiàn)對樞轉(zhuǎn)單元從零位置的最大可能的樞轉(zhuǎn)的限制。運(yùn)動導(dǎo)路尤其設(shè)計為，使得樞轉(zhuǎn)單元可以在對稱的樞轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)沿兩個相反的方向從零位置樞轉(zhuǎn)。尤其是，樞轉(zhuǎn)單元分別沿兩個方向從零位置樞轉(zhuǎn)開60°，使得尤其形成120°的樞轉(zhuǎn)區(qū)域。該限制具有如下優(yōu)點:在沿著兩個方向扳倒了 60°時最大形成的重力的切向力即實現(xiàn)扭矩的力相對于樞轉(zhuǎn)單元所樞轉(zhuǎn)的角度近似地成線性，使得通過具有線性特征曲線的彈簧可以施加近似均勻的分量作為反作用力矩。
[0018]運(yùn)動導(dǎo)路優(yōu)選圓弧形地設(shè)計，其中圓的中心點在樞轉(zhuǎn)單元的轉(zhuǎn)動軸線上即在軸的縱軸線上。
[0019]此外有利的是，扭轉(zhuǎn)彈簧可轉(zhuǎn)動地布置在軸頭(Wellenstumpf)上或軸上，并且當(dāng)扭轉(zhuǎn)彈簧的線材的端部相對于扭轉(zhuǎn)彈簧的實際線圈彎折，使得在其之間設(shè)計中間空間。在該中間空間中一方面至少部分布置有在運(yùn)動導(dǎo)路中引導(dǎo)的棒，而另一方面布置有臺架殼體的突出部。
[0020]由此，實現(xiàn)的是，在樞轉(zhuǎn)單元從零位置沿著第一方向樞轉(zhuǎn)時扭轉(zhuǎn)彈簧的線材的第一端部支靠在突起部上，而扭轉(zhuǎn)彈簧的線材的第二端部受棒帶動，使得扭轉(zhuǎn)彈簧相應(yīng)地隨著樞轉(zhuǎn)單元從零位置樞轉(zhuǎn)越來越遠(yuǎn)而張緊并且施加較大的復(fù)位力。相反，在樞轉(zhuǎn)單元從零位置沿著與第一方向相反的第二方向樞轉(zhuǎn)時扭轉(zhuǎn)彈簧的線材的第一端部受棒帶動，而扭轉(zhuǎn)彈簧的線材的第二端部支靠在突起部上。相應(yīng)地在此情況下彈簧又越來越張緊，使得根據(jù)樞轉(zhuǎn)單元的偏轉(zhuǎn)角度形成增加的復(fù)位力。尤其是，通過該結(jié)構(gòu)也實現(xiàn)了，在沿著第一方向和第二方向相同偏轉(zhuǎn)時分別實現(xiàn)相同的復(fù)位力。此外，前面所描述的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了簡單的安裝，因為彈簧必須簡單地插接而不必費事地固定。
[0021]此外有利的是，軸頭的縱軸線與軸的縱軸線重合，使得得到特別簡單的結(jié)構(gòu)并且確保前面所描述的力關(guān)系，其中在該軸上支承有樞轉(zhuǎn)單元。
[0022]在零位置中，棒尤其不接觸扭轉(zhuǎn)彈簧的兩個端部，使得在零狀態(tài)下扭轉(zhuǎn)彈簧并不張緊并且因此不施加復(fù)位力。在零位置中，這也是不必要的，因為本來沒有扭矩來自樞轉(zhuǎn)單
J L.ο
[0023]特別有利的是，當(dāng)樞轉(zhuǎn)單元布置在零位置中時通常彈性元件未張緊。由此尤其預(yù)防彈性元件的疲勞。
[0024]特別有利的是，彈性元件設(shè)計或布置為使得彈性元件的通過復(fù)位力實現(xiàn)的復(fù)位力矩克服切向力矩，該切向力矩通過切向力實現(xiàn)，該切向力在樞轉(zhuǎn)單元的在樞轉(zhuǎn)單元的重心中作用的重力劃分成朝著軸的縱軸線方向指向的徑向力和該切向力時產(chǎn)生。切向力矩尤其通過切向力與切向力距轉(zhuǎn)動軸線的法向距離相乘得到。復(fù)位力矩對于樞轉(zhuǎn)單元的每一取向而言優(yōu)選大致等于或大于切向力矩。
[0025]根據(jù)一種簡化的模型，樞轉(zhuǎn)單元的樞轉(zhuǎn)力可以想象為在樞轉(zhuǎn)單元的重心中作用的力。重力在樞轉(zhuǎn)單元的任何位置下都可以劃分成切向力和徑向力，該徑向力從樞轉(zhuǎn)單元的重心朝向轉(zhuǎn)動軸線，并且其因此不產(chǎn)生圍繞樞轉(zhuǎn)單元的轉(zhuǎn)動軸線的扭矩。在該劃分中，得到另一力，即切向力，該力相應(yīng)地與朝向轉(zhuǎn)動軸線的徑向力正交，并且該力因此與在樞轉(zhuǎn)單元的重心與轉(zhuǎn)動軸線之間的連接線正交。該切向力負(fù)責(zé)產(chǎn)生切向力矩。復(fù)位力實現(xiàn)復(fù)位力矩，其逆著切向力矩，即具有相反的轉(zhuǎn)動方向。
[0026]復(fù)位力矩至少在樞轉(zhuǎn)區(qū)域的部分區(qū)域中優(yōu)選在整個樞轉(zhuǎn)區(qū)域中大于或者等于切向力矩。因此，樞轉(zhuǎn)單元的特別簡單的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動是可行的，其中用戶不用耗費大的力就可以始終安全且精確地控制樞轉(zhuǎn)單元。
[0027]復(fù)位力矩尤其作為彈性元件的復(fù)位力與復(fù)位力距轉(zhuǎn)動軸線的距離之積而得到。相應(yīng)地，切向力矩尤其是作為切向力與切向力距轉(zhuǎn)動軸線的距離之積而得到。
[0028]復(fù)位力矩(Mr)和切向力矩(Μτ)尤其在樞轉(zhuǎn)區(qū)域的至少部分區(qū)域中滿足如下等式:
[0029]Mr> = MTO
[0030]特別有利的是，對于樞轉(zhuǎn)單元從零位置每次樞轉(zhuǎn)最大樞轉(zhuǎn)角度的至少83%、優(yōu)選至少67%、尤其至少50%而言滿足該等式。因此，尤其分別在樞轉(zhuǎn)區(qū)域的端部處即在最大樞轉(zhuǎn)角度的在83%到100%之間或在67%到100%之間或在50%到100%之間的樞轉(zhuǎn)中滿足該等式。由此，避免了強(qiáng)烈地抵靠到用于限制樞轉(zhuǎn)區(qū)域的止擋上。
[0031]在一種特別優(yōu)選的實施形式中對于整個樞轉(zhuǎn)區(qū)域都滿足該等式。
[0032]特別有利的是，對于樞轉(zhuǎn)單元從零位置每次樞轉(zhuǎn)至少50°、優(yōu)選至少40°、尤其至少30°而言滿足該等式。在一種特別優(yōu)選的實施形式中對于整個樞轉(zhuǎn)區(qū)域都滿足該等式。
[0033]在60°的最大樞轉(zhuǎn)角度的情況下，因此尤其在從零位置出來的至少50°到60°之間或者在40°到60°之間或者在30°到60°之間的樞轉(zhuǎn)時滿足上述的等式。
[0034]這在沿著任意方向從零位置出來的最大60°的偏轉(zhuǎn)的情況下可看到，尤其通過具有線性特征曲線的彈性元件來實現(xiàn)，因為切向力矩盡管與樞轉(zhuǎn)角度